第5讲:视频处理技术 23视频处理技术 2.3.1数字视频处理方法 1.视频数字化 2.视频压缩与解压 2.3.2视频彩色空间变换 1.彩色空间表示 2.YIQ彩色空间 3.YUV彩色空间 4.HSI与RGB彩色空间的转换 5彩色空间的带宽和采样格式 2.3.3视频卡分析
第5讲：视频处理技术 2.3 视频处理技术 2.3.1 数字视频处理方法 1.视频数字化 2.视频压缩与解压 2.3.2 视频彩色空间变换 1.彩色空间表示 2.YIQ彩色空间 3.YUV彩色空间 4.HSI与RGB彩色空间的转换 5.彩色空间的带宽和采样格式 2.3.3 视频卡分析
23视频处理技术 视频( video):亦称活动图像.其构成原理可描述为 视频=帧画面+伴音+交插/同步/播放技术 视频分类:①模拟视频:电视视频 ②数字视频:计算机视频 (视频卡:数字化,压缩编码) 2.3.1数字视频处理方法 1.视频数字化 内涵:将模拟视频信号经A/D转换和彩色空间变换 转化为计算机可处理的数字信号; 以供编辑、存储、传输和播放 通过视频卡和视频I/0设备完成
2.3 视频处理技术 视频（video）：亦称活动图像．其构成原理可描述为 视频 = 帧画面 + 伴音 + 交插／同步／播放技术 视频分类：① 模拟视频：电视视频 ② 数字视频：计算机视频 （视频卡：数字化，压缩编码） 2.3.1 数字视频处理方法 1.视频数字化 内涵：将模拟视频信号经A／D转换和彩色空间变换， 转化为计算机可处理的数字信号； 以供编辑、存储、传输和播放 —— 通过视频卡和视频I／O设备完成
(1)视频信号的获取方法 视频信号源通过视频输入设备产生 ①模拟视频输入 a.摄像机;输入活动图像 b.录像机:输入各种制式的电视视频信号 C.数字化仪:把电视信号数字化后存放在视频卡中 ②数字视频输入 a.数字扫描仪:输入静止图像 b.数字摄像机:输入活动图像 C.视盘机: 输入VCD等视频文件 视频源:a.内源视频一由视频卡生成 b.外源视频一可通过摄像机接入
(1)视频信号的获取方法 视频信号源通过视频输入设备产生 ① 模拟视频输入 a.摄像机； 输入活动图像 b.录像机： 输入各种制式的电视视频信号 c.数字化仪：把电视信号数字化后存放在视频卡中 ② 数字视频输入 a.数字扫描仪：输入静止图像 b.数字摄像机：输入活动图像 c.视盘机： 输入VCD等视频文件 视频源：a. 内源视频 — 由视频卡生成 b. 外源视频 — 可通过摄像机接入
2)视频采样/量化过程 需采用专用的视频输入卡.视频输入卡的分类与作用: ①捕获模拟视频输入信号,进行采样/量化处理(捕获卡) ②对不同视频源信号进行叠加处理和制式变换(叠加卡) ③对视频图像进行帧缓存控制,以改变时间特性 ④提供视频显示输出及同步控制功能 ⑤提供实时动态捕获、编辑和数据压缩功能 (压缩卡) 采样策略:对应于三种采样功能级别 ①单帧采样:从视频源获取一幅幅静图;再用软件压缩和存储 ②连续帧采样:从视频源动态获取连续图像;生成可存储文件 ③连续帧采压:动态捕获视频源,进行釆样、叠加和压缩处理 然后生成AⅥI文件,存入硬盘
(2)视频采样／量化过程 需采用专用的视频输入卡．视频输入卡的分类与作用： ① 捕获模拟视频输入信号，进行采样／量化处理 （捕获卡） ② 对不同视频源信号进行叠加处理和制式变换 （叠加卡） ③ 对视频图像进行帧缓存控制，以改变时间特性 ④ 提供视频显示输出及同步控制功能 ⑤ 提供实时动态捕获、编辑和数据压缩功能 （压缩卡） 采样策略：对应于三种采样功能级别 ① 单帧采样：从视频源获取一幅幅静图；再用软件压缩和存储 ② 连续帧采样：从视频源动态获取连续图像；生成可存储文件 ③ 连续帧采压：动态捕获视频源，进行采样、叠加和压缩处理 然后生成AVI文件，存入硬盘
视频数字化实现原理: 视频源—A/D转换(视频输入卡)—视频显示 活动图像 摄像机 视频卡 捕获卡 电视图像 录像机 祕频显示 加卡 压缩卡 视频文件 视盘机 压缩 解压 硬盘存储
视频数字化实现原理： 视频源 —— A／D转换（视频输入卡）—— 视频显示
2.视频压缩与解压 压缩编码:将数字化视频经过压缩编码变成电视信号, 以录制到光盘中或在电视上播放 压缩/解压实现方法: ①硬件压缩:将压缩算法集成在视频I/0卡上 a.视频输入卡:包括捕获卡、叠加卡和压缩卡 b.视频输出卡:包括数字电视卡和视频解压卡 数字电视卡:可使计算机成为全频道全制式的数字电视 视频解压卡:核心是MPEG卡,支持MPEG1和MEG2标准 作用区间:视频显示一D/A转换(输出卡)一视频播放 ②软件压缩:对视频采样得到的样本,用软件压缩算法实现 常用压缩软件如: Video for Windows的 Microsoft video
2.视频压缩与解压 压缩编码：将数字化视频经过压缩编码变成电视信号， 以录制到光盘中或在电视上播放 压缩／解压实现方法： ① 硬件压缩：将压缩算法集成在视频I／O卡上 a.视频输入卡：包括捕获卡、叠加卡和压缩卡 b.视频输出卡：包括数字电视卡和视频解压卡 数字电视卡：可使计算机成为全频道全制式的数字电视 视频解压卡：核心是MPEG卡，支持MPEG1和MPEG2标准 作用区间：视频显示 — D／A转换（输出卡）— 视频播放 ② 软件压缩：对视频采样得到的样本，用软件压缩算法实现 常用压缩软件如：Video for Windows的Microsoft Video 1
2.3.2视频彩色空间变换 1.彩色空间表示 ①RGB彩色空间:基于红、绿、蓝三基色的颜色模型 ②HSI彩色空间:基于亮度、色调和饱和度描述的光谱模型 (1)HSI模型的基本概念 ①色调H:光波呈现的颜色种类;如红、绿、蓝、青、紫、黄 ②饱和度S:颜色的深浅程度(浓度、纯度);如深蓝、淡绿 ③光强I:亦称亮度;人的视觉所感受到的色彩明暗程度 ④色度:色调与饱和度的通称;表示光颜色的类别与深浅程度 ⑤色差:色度信号在通频带上分解表示的一对相减信号 HSI彩色模型的三个特征参量:色调,饱和度,亮度
2.3.2 视频彩色空间变换 1.彩色空间表示 ① RGB彩色空间：基于红、绿、蓝三基色的颜色模型 ② HSI彩色空间：基于亮度、色调和饱和度描述的光谱模型 ⑴ HSI模型的基本概念 ① 色调H：光波呈现的颜色种类；如红、绿、蓝、青、紫、黄 ② 饱和度S：颜色的深浅程度（浓度、纯度）；如深蓝、淡绿 ③ 光强I：亦称亮度；人的视觉所感受到的色彩明暗程度 ④ 色度：色调与饱和度的通称；表示光颜色的类别与深浅程度 ⑤ 色差：色度信号在通频带上分解表示的一对相减信号 HSI彩色模型的三个特征参量：色调，饱和度，亮度
(2)电视视频的彩色空间表示 采用亮度和色度来分解信号;并将其能量分布在通频带上 分解 色差1 亮度十色鹿〔色调,铠和度 色差2 低端 〔中端 〔高端 亮鹿 基本信号 色(色差 为了能用单一频率的幅载波传送色度信号, 通常将色度分解成两个垂直的色差信号; 并与亮度形成矢量变换关系 依据亮度与色差的信号叠加与合成关系,可以定义: NTSC制彩色空间(YIQ彩色空间 PAL制彩色空间(YUV彩色空间)
⑵ 电视视频的彩色空间表示 采用亮度和色度来分解信号；并将其能量分布在通频带上 为了能用单一频率的幅载波传送色度信号， 通常将色度分解成两个垂直的色差信号； 并与亮度形成矢量变换关系 依据亮度与色差的信号叠加与合成关系，可以定义： ·NTSC制彩色空间（YIQ彩色空间） ·PAL制彩色空间（YUV彩色空间）
2.YIQ彩色空间 设:y为亮度;I与Q为一对色差,且采用蓝(B)与红(R)作为 色差信号.则:色度C可表示为 R-Y B cos w t sino t C〔t)=(B-y)sinωt+(R-y)cosωt=Csin(ω+) arct [(r-y)/(B- y) C=√(B-2)2+(R-F) 其中:o为幅载波的角频率,0为色差变角即相位角, C为色度幅值
2.YIQ彩色空间 设：y为亮度；I与Q为一对色差，且采用蓝（B）与红(R)作为 色差信号．则：色度C可表示为 其中：ω为幅载波的角频率，θ为色差变角即相位角， C为色度幅值
根据NTSC制式的电视信号同步检波器,检测出两个信号值 B-y和R-y,可建立亮度y与R、G、B三基色的关系; 并推得常用的亮度公式: y=0.299R+0.587G+0.114B 上述比例系数称“可见度系数”,其和为1 三个色差信号(B-y,R-y,G-y)中有两个是独立的, 最后一个可用亮度方程和两个色差信号通过运算得到 计算表达式为: 0.3R+0.59G+0.11B B 0.3R-0.59G+0.89B 0.7R-0.59G-0.11B
根据NTSC制式的电视信号同步检波器，检测出两个信号值 B - y和R - y，可建立亮度y与R、G、B三基色的关系； 并推得常用的亮度公式： y = 0.299R + 0.587G + 0.114B 上述比例系数称“可见度系数”，其和为1 三个色差信号(B–y，R–y，G - y)中有两个是独立的， 最后一个可用亮度方程和两个色差信号通过运算得到 计算表达式为： y = 0.3R + 0.59G + 0.11B B – y = - 0.3R - 0.59G + 0.89B R – y = 0.7R - 0.59G - 0.11B